【摘要】：脈沖功率技術(shù)在國防和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。氣體開關(guān)是脈沖功率源的關(guān)鍵部件。目前脈沖功率技術(shù)的發(fā)展方向由追求單臺高峰值功率的脈沖功率源向多臺脈沖功率系統(tǒng)的功率合成技術(shù)發(fā)展,這對開關(guān)元器件的性能提出了更高的要求,需要開關(guān)組件不僅可以在一定的脈沖功率、重復(fù)頻率、時間抖動范圍內(nèi)工作,而且還對開關(guān)器件的體積尺寸和工作穩(wěn)定性要求很高。開展小型場畸變火花間隙氣體開關(guān)的擊穿特性和抖動特性研究,對于緊湊型低抖動重復(fù)頻率脈沖功率源的研究具有重要意義。本文首先介紹了氣體放電的基本理論和場畸變開關(guān)的擊穿機(jī)理。著重研究了影響氣體開關(guān)重復(fù)頻率的因素,并對氣體的絕緣恢復(fù)過程進(jìn)行了介紹,同時從理論上分析了開關(guān)電極的燒蝕機(jī)理,提出減少開關(guān)燒蝕應(yīng)該采取的措施。通過理論分析和仿真模擬,給出了氣體開關(guān)抖動產(chǎn)生的原因,為對氣體開關(guān)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究提供了理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)并研制了一種小型場畸變火花氣體開關(guān)。為降低氣體開關(guān)的結(jié)構(gòu)電感,提高氣體開關(guān)的工作特性,將主電極設(shè)計(jì)為環(huán)形軌道結(jié)構(gòu);同時,為增加氣體開關(guān)工作的穩(wěn)定性,降低自擊穿概率,將觸發(fā)電極設(shè)計(jì)為盤狀結(jié)構(gòu);為提高開關(guān)導(dǎo)通過程中的擊穿特性和穩(wěn)定性,在盤狀觸發(fā)盤中間增加一個圓孔。該型氣體開關(guān)體積小(φ150mm×42mm),重量輕(約1.5kg),耐電壓高(大于120kV),可在重復(fù)頻率條件下長時間穩(wěn)定運(yùn)行。對研制的小型場畸變火花氣體開關(guān)的擊穿特性、觸發(fā)特性、重復(fù)頻率特性和穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。開關(guān)不加觸發(fā)脈沖的自擊穿實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同氣體的自擊穿電壓存在很大差距,隨著氣壓升高開關(guān)的自擊穿電壓也會升高,二者近似呈線性關(guān)系;通過對開關(guān)腔體內(nèi)充入不同氣體進(jìn)行觸發(fā)實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該開關(guān)在N2和SF6-N2混合氣體中的擊穿性能較好,不同氣體在高工作系數(shù)下?lián)舸⿻r延和抖動均較小。通過改變觸發(fā)脈沖頻率對開關(guān)進(jìn)行不同重復(fù)頻率實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該開關(guān)可以在重復(fù)頻率1Hz～50Hz范圍內(nèi)穩(wěn)定工作,但當(dāng)重復(fù)頻率高于100Hz后開關(guān)穩(wěn)定性大幅下降。通過改變觸發(fā)脈沖的前沿和峰值,發(fā)現(xiàn)觸發(fā)脈沖對開關(guān)穩(wěn)定性有很大影響,前沿快、峰值高的觸發(fā)脈沖可以有效減小開關(guān)抖動,提升開關(guān)工作穩(wěn)定性。通過分別測量場畸變開關(guān)不同間隙的擊穿時延,發(fā)現(xiàn)場畸變開關(guān)不同間隙的抖動受不同因素的影響,其中觸發(fā)脈沖的變化主要影響場畸變開關(guān)首先擊穿間隙(或稱間隙1)的抖動,而工作系數(shù)的變化主要影響開關(guān)隨后擊穿間隙(或稱間隙2)的抖動。
【圖文】：

，國防領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，，而且在民用方面比如能源、工業(yè)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)療領(lǐng)域等都逡逑取得了很大的進(jìn)展，如在軍事領(lǐng)域被用于電磁脈沖技術(shù)｜１１［２１和電子軌道炮１３１的研逡逑宄，在能源領(lǐng)域可用于可控核聚變研究等方面｜４１，在工業(yè)領(lǐng)域可用于材料加工１５１１６１逡逑在環(huán)境領(lǐng)域可用于廢氣污水的凈化Ｉ７—，在醫(yī)療領(lǐng)域可用于外科手術(shù)Ｍ、消菌殺逡逑毒等方面。逡逑脈沖功率技術(shù)的最高水平是美國的Ｓａｎｄｉａ實(shí)驗(yàn)室、Ｌｏｓ邋Ａｌａｍｏｓ實(shí)驗(yàn)室和逡逑Ｌａｗｒｅｎｃｅ邋Ｌｉｖｅｍｏｒｅ實(shí)驗(yàn)室，最近幾十年我國也在迅速發(fā)展，比如中國工程物理逡逑研究院、西北核技術(shù)研宄所、中科院等離子體所還有清華大學(xué)和國防科技大學(xué)等逡逑都做了比較深入的研[偂ｅ義瞎賾諑齔騫β始際醯難芯懇話惆ㄒ韻錄咐啵椋澹藎哄義希ǎ保┠芰康拇媧ⅲ誨義希ǎ玻└吖β事齔宓牟誨義希ǎ常┛丶際酰誨義希ǎ矗┞齔遄爸眉捌湎喙丶際酰誨義下齔騫β氏低炒籩碌墓ぷ髟砣縵巒妓荊哄義希ㄥ危五危駑五危五義

本文編號：2626725